Subject description - B3B02FY1

Summary of Study | Summary of Branches | All Subject Groups | All Subjects | List of Roles | Explanatory Notes               Instructions
B3B02FY1 Physics 1 Extent of teaching:4+3L
Guarantors:Bednařík M. Roles:P Language of
teaching:
CS
Teachers:Bednařík M., Koníček P. Completion:Z,ZK
Responsible Department:13102 Credits:6 Semester:L

Anotation:

The basic course of physics at the Faculty of Electrical Engineering - Physics 1, is devoted to the introduction into two important areas of physics. The first one is a classical mechanics and the second one is the electric and magnetic field. Within the framework of the classical mechanics, the students study the particle kinematics; dynamics of the mass particle, system of mass particles and rigid bodies. The students should be able to solve basic problems dealing with the description of mechanical systems, which they can meet during their further studies. The classical mechanics is followed by the relativistic mechanics, electric and magnetic field - both stationary as well as non-stationary. The students can use the facts gained in this course in the study of electrical circuits, theory of electrotechnical materials or radioelectronics. Apart of this, the knowledge gained in this course is required for the study of the consecutive course Physics 2.

Content:

The basic course of physics at the Faculty of Electrical Engineering - Physics 1, is devoted to the introduction into two important areas of physics. The first one is a classical mechanics and the second one is the electric and magnetic field. Within the framework of the classical mechanics, the students study the particle kinematics; dynamics of the mass particle, system of mass particles and rigid bodies. The students should be able to solve basic problems dealing with the description of mechanical systems, which they can meet during their further studies. The classical mechanics is followed by the relativistic mechanics, electric and magnetic field - both stationary as well as non-stationary. The students can use the facts gained in this course in the study of electrical circuits, theory of electrotechnical materials or radioelectronics. Apart of this, the knowledge gained in this course is required for the study of the consecutive course Physics 2.

Course outlines:

Lectures
1. Units, system of units. Physical fields. Reference frames.
2. Particle kinematics (rectilinear motion, circular motion, motion in three dimensions).
3. Newton?s laws, inertial and non-inertial reference frames, equations of motion in inertial and non-inertial reference frames.
4. Work, power, conservative fields, kinetic and potential energy. Conservation of mechanical energy law.
5. Foundations of analytical mechanics - conservation laws, constraints, generalized coordinates, Lagrangian, Lagrange?s equations of the 2nd order for conservative systems. Hamiltonian, Hamilton?s canonical equations.
6. Central forces, motion in the field of central force. Kepler?s laws, Newton?s law of universal gravitation, gravitational field of the system of n particles and extended bodies. Gravitational field intensity, potential and energy.
7. Mechanical oscillating systems. Simple harmonic motion damped and forced oscillations. Resonance of displacement and velocity. Combination of oscillatory motions.
8. System of n-particles, isolated and non-isolated systems, conservation of linear and angular momentum laws. Conservation of mechanical energy law for the system of n-particles. Center of mass and center of gravity. Rigid bodies, general motion, equations of motion, rotation of the rigid body with respect to the fixed axis and to the fixed point
9. Elasticity, stress, Hooke?s law.
10. Introduction to the mechanics of fluids - Euler?s equation, barometric formulae, Bernoulli?s equation, Pascal?s and Archimedes principle.
11. Fundamentals of theory of relativity, Lorentz transformation, relativistic kinematics and dynamics.
12. Electric charge, Coulomb?s law, electric field intensity and potential of the system of point charges and continuously distributed charges. Gauss? law, Maxwell?s equations for the electrostatic field in vacuum. Electric dipole, polarization and electric displacement vector, dielectrics in electric field. Maxwell?s equations for real-world materials. Conductor in electric field, Faraday?s cage. Capacitance, capacitor. Energy of the electrostatic field.
13. Stationary electric current, current density, conservation of an electric charge law, electromotive force, junction rule and loop theorem. Ohm?s law, Joule?s law. Magnetostatic field. Lorentz force, Ampere?s and Biot-Savart?s law. Magnetic dipole moment, magnetization, magnetic field strength. Current carrying conductor in magnetic field. Magnetic properties of matter. Energy of the magnetostatic field
14. Electromagnetic induction, energy of the electromagnetic field. Displacement current. Electromagnetic waves, wave equation, propagation of electromagnetic waves.

Exercises outline:

Osnovy početních seminářů:
1. Řešení úloh pomocí rozměrových rovnic. Výpočty využívající transformací souřadnic.
2. Řešení úloh spadajících do kinematiky hmotného bodu.
3. Sestavování pohybových rovnic a jejich řešení v inerciální a neinerciální vztažné soustavě.
4. Řešení úloh zaměřených na využití zákona zachování mechanické energie a výpočet dráhového účinku sil.
5. Řešení komplexních úloh pomocí Lagrangeových rovnic 2. druhu.
6. Řešení úloh vztahujících se k pohybu hmotného bodu v centrálním silovém poli.
7. Sestavování a řešení pohybových rovnic mechanických kmitavých soustav.
8. Vyšetřování pohybu tuhých těles.
9. Výpočty hmotných středů u vybraných těles. Řešení úloh souvisejících s elementárním Hookovým zákonem.
10. Řešení vybraných úloh z mechaniky tekutin.
11. Řešení základních úloh z relativistické kinematiky a dynamiky.
12. Řešení úloh z elektrostatiky a elektrodynamiky.
13. Kontrolní test z probrané látky.
14. Řešení základních úloh vztahujících se k elektromagnetickému poli.
Osnovy laboratorních cvičení:
1. Úvodní výklad (bezpečnost práce, seznámení s úlohami a laboratorním řádem). Nejistoty měření.
2. Nejistoty měření (pokračování). Měření objemu tuhých těles přímou metodou.
3. Měření ve fyzikálních laboratořích na vybraných úlohách.
4. Vyhodnocení elaborátů.
Seznam laboratorních úloh
1. II. Newtonův pohybový zákon a srážky.
2. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole.
3. Stanovení modulu pružnosti v tahu přímou metodou.
4. Studium nucených kmitů - Pohlovo torzní kyvadlo.
5. Pohyb elektronu ve zkříženém elektrickém a magnetickém poli a stanovení měrného náboje elektronu.
6. Měření viskozity kapalin Stokesovou metodou.
7. Měření magnetických polí.
8. Určení modulu torze dynamickou metodou a stanovení momentu setrvačnosti.
9. Měření charakteristik palivového článku.
10. Měření permitivity dialektik.

Literature:

1. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika, VUTIUM-PROMETHEUS, 2000.
2. Kvasnica, J., Havránek, A., Lukáč, P., Sprášil, B.: Mechanika, ACADEMIA, 2004.
3. Sedlák, B., Štoll, I.: Elektřina a magnetismus, ACADEMIA, 2002.
4. Fyzika I a II - fyzikální praktikum, M. Bednařík, P. Koníček, O. Jiříček.
5. Physics I, S. Pekárek, M. Murla, Dept. of Physics FEE CTU, 1992.
6. Physics I - Seminars, M. Murla, S. Pekárek, Vydavatelství ČVUT, 1995.
1. 7. Physics I - II, Laboratory manual, S. Pekárek, M. Murla, Vydavatelství ČVUT, 2002.

Requirements:

Subject is included into these academic programs:

Program Branch Role Recommended semester
BPBIO_2018 Common courses P 2
BPKYR_2016 Common courses P 2


Page updated 18.6.2019 09:53:02, semester: Z,L/2020-1, L/2018-9, Z,L/2019-20, Send comments about the content to the Administrators of the Academic Programs Proposal and Realization: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)